JP2022088302A - Photoelectric hybrid beam forming transmitter, receiver, and signal processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は通信技術に関するものであり、特に光電ハイブリッドビームフォーミング送信機、受信機、及び信号処理方法に関する。 The present invention relates to a communication technique, and more particularly to a photoelectric hybrid beamforming transmitter, a receiver, and a signal processing method.
無線通信技術の急速な発展に伴い、(高解像度ビデオ又は音楽ストリーミング、ダウンローディング、仮想現実(VR)等といった)関連するアプリケーションサービスも増加している。サービスの帯域要件を満たすため、高いエネルギーゲインと指向性を備えたアンテナアレイが信号雑音比(SNR)を改善するため提案されている。 With the rapid development of wireless communication technology, related application services (such as high resolution video or music streaming, downloading, virtual reality (VR), etc.) are also increasing. To meet the bandwidth requirements of the service, antenna arrays with high energy gain and directivity have been proposed to improve the signal-to-noise ratio (SNR).
一方で、無線周波数帯域リソースが不足している。例えば、5G移動通信において設定されたマイクロ波周波数が高帯域幅要件を満たすのは困難である。システムが光ファイバー通信と組み合わされた場合、更なる帯域幅とスペクトルリソースが提供され得る。加えて、システムがアンテナアレイの機能と更に組み合わされた場合、光アンテナアレイはアンテナゲインを更に増加することができる。 On the other hand, there is a shortage of radio frequency band resources. For example, it is difficult for the microwave frequency set in 5G mobile communication to meet the high bandwidth requirement. Additional bandwidth and spectral resources may be provided when the system is combined with fiber optic communication. In addition, the optical antenna array can further increase the antenna gain if the system is further combined with the functionality of the antenna array.
図1は、従来の光アレイアンテナアーキテクチャ10の構成要素のブロック図である。図1を参照し、光アレイアンテナアーキテクチャ10は、波長分割マルチプレクサ(WDM)11と、カプラ(CPL)12と、可変遅延線(VDL)13と、光アンテナアレイ14とを含む。異なるDVL13は異なる光の経路の波長の位相差を引き起こし、これによりビームフォーミングを達成する。しかし、実際の実行における光学ビームフォーミングは次を要する:予期される位相差を達成するため光波の波長λ1と波長λ2が正確に調整されることを要する;そして2つの経路/チャネルの位相が等しくなるよう実遅延を要する。上記要件は実行するのが比較的困難である。
FIG. 1 is a block diagram of the components of the conventional optical
上記を鑑み、本発明の実施形態は、光電ハイブリッドビームフォーミング発信機、受信機、及び信号処理方法を提供する。本発明の実施形態において、各経路の位相が調整される。 In view of the above, embodiments of the present invention provide photoelectric hybrid beamforming transmitters, receivers, and signal processing methods. In the embodiment of the present invention, the phase of each path is adjusted.
本発明の実施形態の光電ハイブリッドビームフォーミング発信機は、2つの光電変換器と、2つの調整回路と、アンテナアレイとを含む(が、これに限定されない)。2つの光電変換器は、2つの光信号を2つの初期電気信号にそれぞれ変換するよう構成される。2つの調整回路は、2つの光電変換器にそれぞれ連接され、2つの調整電気信号を出力するため、アンテナアレイにより形成される予期のビームパターンに基づき、2つの初期電気信号をそれぞれ遅延させるよう構成される。アンテナアレイは2つのアンテナを含む。2つのアンテナは、2つの調整回路にそれぞれ連接される。アンテナアレイは、2つの調整電気信号に基づき電磁波を放射する。 The photoelectric hybrid beamforming transmitter of the embodiment of the present invention includes (but is not limited to) two photoelectric converters, two adjustment circuits, and an antenna array. The two photoelectric converters are configured to convert two optical signals into two initial electrical signals, respectively. The two tuning circuits are connected to each of the two photoelectric converters and output the two tuning electrical signals, so that the two initial electrical signals are delayed based on the expected beam pattern formed by the antenna array. Will be done. The antenna array contains two antennas. The two antennas are connected to each of the two adjustment circuits. The antenna array emits electromagnetic waves based on two regulated electrical signals.
本発明の実施形態の光電ハイブリッドビームフォーミング受信機は、アンテナアレイと、2つの調整回路と、2つの電気-光変換器とを含む(が、これに限定されない)。アンテナアレイは2つのアンテナを含む。2つのアンテナは、2つの受信電気信号をそれぞれ受信するよう構成される。2つの調整回路は、2つのアンテナにそれぞれ連接され、2つの調整電気信号を出力するため、アンテナアレイにより形成される予期のビームパターンに基づき、2つの受信電気信号をそれぞれ遅延させるよう構成される。2つの電気-光変換器は、2つの調整回路にそれぞれ連接され、2つの電気信号を2つの光信号へそれぞれ変換するよう構成される。 The photoelectric hybrid beamforming receiver of the embodiment of the present invention includes (but is not limited to) an antenna array, two adjustment circuits, and two electric-optical converters. The antenna array contains two antennas. The two antennas are configured to receive each of the two received electrical signals. Since the two tuning circuits are connected to the two antennas and output the two tuning electrical signals, they are configured to delay each of the two received electrical signals based on the expected beam pattern formed by the antenna array. .. The two electric-optical converters are respectively connected to two adjustment circuits and are configured to convert the two electric signals into two optical signals, respectively.
本発明の実施形態の光電ハイブリッドビームフォーミング信号処理方法は、送信機に適合され、以下のステップを含む(が、これに限定されない)。2つの光信号が初期電気信号にそれぞれ変換される。2つの初期電気信号は、2つの調整電気信号を出力するため、アンテナアレイにより形成される予期のビームパターンに基づきそれぞれ遅延される。2つの調整電気信号に基づき、電磁波がアンテナアレイを介し放射される。アンテナアレイは、2つの調整電気信号にそれぞれ対応する2つのアンテナを含む。 The photoelectric hybrid beamforming signal processing method of the embodiment of the present invention is adapted to the transmitter and includes (but is not limited to) the following steps. The two optical signals are each converted into an initial electrical signal. Since the two initial electrical signals output the two regulated electrical signals, they are each delayed based on the expected beam pattern formed by the antenna array. Based on the two regulated electrical signals, electromagnetic waves are radiated through the antenna array. The antenna array contains two antennas, each corresponding to two regulated electrical signals.
本発明の実施形態の光電ハイブリッドビームフォーミング信号処理方法は、受信機に適合され、以下のステップを含む(が、これに限定されない)。2つの受信電気信号がアンテナアレイの2つのアンテナを介しそれぞれ受信される。2つの受信電気信号は、2つの調整電気信号を出力するため、アンテナアレイにより形成される予期のビームパターンに基づき、それぞれ遅延される。2つの調整電気信号は、2つの光信号にそれぞれ変換される。 The photoelectric hybrid beamforming signal processing method of the embodiment of the present invention is adapted to the receiver and includes (but is not limited to) the following steps. The two received electrical signals are received via the two antennas in the antenna array, respectively. Since the two received electrical signals output the two regulated electrical signals, they are each delayed based on the expected beam pattern formed by the antenna array. The two regulated electrical signals are converted into two optical signals, respectively.
上記に基づき、本発明の実施形態の光電ハイブリッドビームフォーミング送信機、受信機、及び信号処理方法において、電気信号の位相を調整し(つまり、信号を遅延させる)、各チャネルの信号の位相がアンテナのビームパターンの要件を満たすことができるよう、送信機の各アンテナに光電変換器が提供され、受信機の各アンテナに電気-光変換器が提供される。従って、従来のアーキテクチャとは異なり、波長分割マルチプレクサ(WDM)と可変遅延線(VDL)は本発明のアーキテクチャにおいて設ける必要はなく、このため構成要素を削減できる。加えて、従来の光ビームフォーミングとは異なり、本発明の実施形態の光電ハイブリッドビームフォーミングアーキテクチャは、特定の位相に容易に調整でき、これにより位相校正が完成される。 Based on the above, in the photoelectric hybrid beam forming transmitter, receiver, and signal processing method of the embodiment of the present invention, the phase of the electric signal is adjusted (that is, the signal is delayed), and the phase of the signal of each channel is the antenna. A photoelectric converter is provided for each antenna of the transmitter and an electric-optical converter is provided for each antenna of the receiver so that the requirements of the beam pattern of the above can be met. Therefore, unlike conventional architectures, wavelength division multiplexing (WDM) and variable delay line (VDL) need not be provided in the architecture of the present invention, and thus the number of components can be reduced. In addition, unlike conventional optical beamforming, the photoelectric hybrid beamforming architecture of the embodiments of the present invention can be easily adjusted to a particular phase, thereby completing phase calibration.
本発明の特徴を更に例示するため、以下に添付図面を伴い実施形態を詳細に説明する。 In order to further illustrate the features of the present invention, embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
図2は、本発明の1つの実施例形態による光電ハイブリッドビームフォーミング送信機100の構成要素のブロック図である。図2を参照し、送信機100は、光電変換器111及び113と、調整回路131及び132と、アンテナアレイ170と、コントローラ190とを含む(が、これに限定されない)。
FIG. 2 is a block diagram of components of the photoelectric
光電変換器111及び113は、フォトダイオード(PD)、光学検出器、又は光を電流又は電圧信号に変換する他の光学センサであってよい。1つの実施例形態において、光電変換器111及び113は、光信号о1及びо2を初期電気信号ie1及びie2にそれぞれ変換する。
The
調整回路131及び133は、光電変換器111及び113にそれぞれ連接される。調整回路131及び133は、チップ、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、マイクロコントローラ、又は他の種類の回路であってよい。
The
1つの実施例形態において、調整回路131及び133は位相シフタを含む。位相シフタは、アンテナアレイ170により形成される予期のビームパターンに基づき、初期電気信号ie1及びie2を遅延させる(即ち、位相を調整する)よう構成される。例えば、位相シフトは、機械式スイッチ、リレー、PINダイオード、電界効果トランジスタ(FET)、又は微小電気機械システム(MEMS)、又は他のスイッチ素子を介し、伝送線、負荷、又はローパスフィルタ及びハイパスフィルタを切り替えることにより生成される。
In one embodiment, the
もう1つの実施形態において、入力信号の位相を調整するための構成要素に加え、調整回路131及び133は振幅減衰器を更に含む。振幅減衰器は、ビームパターンに基づき、初期電気信号ie1及びie2の振幅を調整するよう構成される。
In another embodiment, in addition to the components for adjusting the phase of the input signal, the
いくつかの実施形態において、調整回路131及び133は振幅減衰器を含むのみであってよい。即ち、調整回路131及び133におけるいくつか又は全てのチャネルに対応する位相は固定される。このようにして、調整電気信号aj1とaj2が、遅延された及び/又は振幅が変更された初期電気信号ie1とie2を生成することにより出力されてよい。
In some embodiments, the tuning
アンテナアレイ170は、2つのアンテナ171及び173を少なくとも含む。アンテナ171及び173は、調整回路131及び133にそれぞれ連接される。1つの実施例形態において、アンテナアレイ170は、調整電気信号aj1とaj2に基づき電磁波を放射するよう構成される。
The
各アンテナ171及び173に対応する位相及び振幅を変更することにより、電磁波は、強め合う干渉及び弱め合う干渉に基づき、互いに特定の方向及びずれにおいて互いに重畳され、これによりアンテナアレイ170の放射により形成されるファーフィールドパターンが特定のビームパターンと等しくなることを可能とすることに注意されたい(これは主ビーム方向、ビーム幅、指向性ゲイン、副ビームレベル等といったパラメータにより形成されるフィールドパターンに関係する)。
By changing the phase and amplitude corresponding to each
コントローラ190は、調整回路131及び133に連接される。コントローラ190は、チップ、ASIC、FPGA、マイクロコントローラ、又は他の種類の回路であってよい。1つの実施例形態において、コントローラ190は、調整回路131及び133がコントローラ190により制御されるよう、調整コマンドC1を出力する。
The
いくつかの実施形態において、送信機100は増幅器151及び153を更に含む。増幅器151及び153は、調整回路131及び133に連接される。増幅器150は、1以上の増幅器を含む。増幅器は、例えば、低ノイズ増幅器又は電力増幅器といった回路である。1つの実施例形態において、増幅器151及び153は、出力信号の波形が入力信号の波形と一致させるよう、出力信号の波形を制御するよう構成されるが、出力信号はより大きな振幅を有してよい。1つの実施例形態において、増幅器151及び153は、増幅電気信号am1とam2を出力するため、調整電気信号aj1とaj2をそれぞれ増幅する。
In some embodiments, the
加えて、本発明の実施形態は、より多くのチャネルを有するアーキテクチャに更に適用されてよい。 In addition, embodiments of the invention may be further applied to architectures with more channels.
図3は、本発明のもう1つの実施形態による光電ハイブリッドビームフォーミング送信機200の概略図である。図3を参照し、送信機200は、光発生装置205と、3以上の光電変換器210と、3以上のトランスインピーダンス増幅器(TIA)220と、3以上の調整回路230と、3以上の増幅器250と、(3以上のアンテナを含む)アンテナアレイ270と、コントローラ290とを含む(が、これに限定されない)。各チャネルは、直列に接続された、光発生装置205、3以上の光電変換器210、TIA220、調整回路230、増幅器250、及びアンテナアレイ270のアンテナに対応する。
FIG. 3 is a schematic diagram of a photoelectric
光電変換器210、調整回路230、増幅器250、アンテナアレイ270、及びコントローラ290の実装形式は、図1の光電変換器111及び113、調整回路131及び133、増幅器151及び153、アンテナアレイ170、コントローラ190の説明にそれぞれ見られ、ここでは繰り返さない。
The mounting formats of the
光発生装置205は、光電変換器210に連接される。1つの実施例形態において、光発生装置205は、複数の光信号о3を生成するよう構成される。例えば、図4は、本発明の1つの実施形態による光発生装置205の概略図である。図4を参照し、光発生装置205は、可変光源TLSと、マルチプレクサMUXと、モジュレータIMと、局部発振器LOと、エルビウム添加光ファイバ増幅器EDFAと、デマルチプレクサDEMUXとを含む(が、これに限定されない)。
The
2つの可変光源TLSは、波長λ3及びλ4に基づき光信号L1及びL2を生成する。マルチプレクサMUXは、異なる波長λ3及びλ4を有する2つの光信号L1及びL2を光信号L3に組み合わせる。モジュレータIMは、光信号L4を出力するため、局部発振器LOにより提供された基準信号CSに基づき、光信号L3を混合する。エルビウム添加光ファイバ増幅器EDFAは、光信号L5を出力するため、光信号L4を増幅する。デマルチプレクサDEMUXは、異なるチャネルの光信号о3を形成するため、光信号L5を分波する。 The two variable light sources TLS generate optical signals L1 and L2 based on the wavelengths λ3 and λ4. The multiplexer MUX combines two optical signals L1 and L2 having different wavelengths λ3 and λ4 with the optical signal L3. In order to output the optical signal L4, the modulator IM mixes the optical signal L3 based on the reference signal CS provided by the local oscillator LO. Since the erbium-added optical fiber amplifier EDFA outputs the optical signal L5, it amplifies the optical signal L4. The demultiplexer DEMUX demultiplexes the optical signal L5 in order to form the optical signals о3 of different channels.
光発生装置205は他の実装形式を更に有してよく、ユーザは必要に応じ光発生装置205を改変してよく、本発明はこれに限定されないことに注意されたい。
It should be noted that the
加えて、TIA220は、光電変換器210と調整回路230との間に連接される。1つの実施例形態において、TIA220は、光電変換器210により出力された電流信号を電圧信号に変換するよう構成され、光信号が無線周波数領域に変換されるときのインピーダンス整合がより効率的となり得る。
In addition, the
送信機200のチャネル数は、16グループ、32グループ、又は64グループといった、10グループを超えてよいことに注意されたい。ただし、本発明の実施形態はチャネル数を限定しない。いくつかの実施形態において、アンテナアレイ270中のより多くのアンテナがビームフォーミングを容易にし得る。例えば、主ビームの形状は比較的狭く、主ビームの指向性ゲインは比較的大きく、副ビームの振幅は比較的低いが、本発明はこれに限定されない。
Note that the number of channels in the
図3を参照し、本発明の実施形態の送信機200は、光電ハイブリッド(Radio over fiber(RoF)としても知られる)ビームフォーミングアーキテクチャを提供する。光発生装置205と光電変換器210は、光学領域における光ビームフォーミングアーキテクチャを形成する。調整回路230と、増幅器250と、アンテナアレイ270とが、無線周波数領域におけるアナログビームフォーミングアーキテクチャを形成する。
Referring to FIG. 3, the
1つの実施形態において、送信機200の複数の構成要素は共にパッケージ化されてよい。図5Aは、本発明の1つの実施例形態による構成要素モジュール化の概略図である。図5Aを参照し、1つの経路(1つのチャネル)を例とすると、光電変換器210はモジュールM1としてパッケージ化されてよく、調整回路230と増幅器250とがモジュールM2としてパッケージ化されてよい。
In one embodiment, the plurality of components of the
図5Bは、本発明のもう1つの実施例形態による構成要素モジュール化の概略図である。図5Bを参照し、光電変換器210と、TIA220と、調整回路230と、増幅器250とがモジュールM3としてパッケージ化されてよい。新たなパッケージ化形式と光電変換器210に続くTIA220にて、インピーダンス整合が改善され、これにより効率が向上する。加えて、全てのパッケージ化が完了すると、モジュール統合の間の損失が削減され、これにより全体的なパフォーマンスが改善される。
FIG. 5B is a schematic diagram of component modularization according to another embodiment of the present invention. With reference to FIG. 5B, the
図5Aと5Bにおいて、構成要素は単一チャネル方式でパッケージ化されることに注意されたい。ただし、他の実施形態において、マルチチャネルモジュールのニーズを満たすため、構成要素はアレイ方式(マルチチャネル方式)でパッケージ化されてよい。即ち、2以上の光電変換器210と、2以上のトランスインピーダンス増幅器220と、2以上の調整回路230と、2以上の増幅器250とが、共にパッケージ化される。例えば、1×4(即ち、4チャネル)、1×8(即ち、8チャネル)、又は1×16(即ち、16チャネル)アレイが共にパッケージ化される。
Note that in FIGS. 5A and 5B, the components are packaged in a single channel fashion. However, in other embodiments, the components may be packaged in an array fashion (multi-channel scheme) to meet the needs of the multi-channel module. That is, two or more
以下は、送信機100及び200の動作プロセスの説明である。明確な説明のため、送信機200を主体とする。送信機100内の同一又は対応する構成要素の説明は、送信機200の説明中に見られ、ここでは繰り返さない。
The following is a description of the operating process of the
図6は、本発明の1つの実施例形態による光電ハイブリッドビームフォーミング信号処理方法のフロー図である。図6を参照し、各光電変換器210は光発生装置205から光信号о3を受け取り、光信号о3を初期電気信号ie3に変換する(ステップS610)。各光電変換器210は、電流又は電圧の形式で、光信号о3を初期電気信号ie3に変換する。1つの実施例形態において、初期電気信号ie3が電流形式である場合、各TIA220は電圧信号viを生成するため初期電気信号ie3を電圧形式に変換する。もう1つの実施形態において、初期電気信号ie3が電圧形式である場合、TIA220は省略してよい。
FIG. 6 is a flow chart of a photoelectric hybrid beamforming signal processing method according to an embodiment of the present invention. With reference to FIG. 6, each
各調整回路230は、調整電気信号am3を出力するため、対応するアンテナアレイ270により形成される予期のビームパターンに基づき、初期電気信号ie3をそれぞれ遅延させてよい(ステップS630)。具体的には、アンテナアレイ270中のアンテナの放射により形成されるビームフォーミングは、異なる位相又は隣接するチャネルとの位相差を有するため、異なるフィールドパターンを有し得る(異なる放射方向、ゲイン、又は形状等、そしてビームフォーミングの例は図3の右側にある)。いくつかの実施形態において、アンテナアレイ270に特定の指向又はゲイン(即ち、振幅)を達成させることを可能とするため、各チャネルの対応する位相(即ち、遅延時間)は異なってよい。このため、全て又は一部のチャネルの調整回路230は、調整回路230により入力される初期電気信号ie3又は電圧信号viの位相をそれぞれ調整する。従って、信号は遅延されてよく、異なるチャネルの調整電気信号aj3の位相は異なり、これにより位相差を形成し、異なる指向のビームフォーミングを達成する。加えて、調整回路230の全て又は一部は、調整回路230により入力される初期電気信号ie3又は電圧信号viの振幅をそれぞれ調整してもよく、これによりビーム幅又はゲインを変更する。
Since each
1つの実施例形態において、コントローラ290は、アンテナアレイ270に対応するビームパターン(即ち、ビーム指向とフィールドパターンとを含む、形成すべきビームフォーミング)を設定し、これに応じて調整コマンドC2を形成してよい。各調整回路230は、調整コマンドC2に基づき調整電気信号aj3を生成してよい。換言すれば、初期電気信号ie3又は電圧信号viの振幅及び/又は位相は、調整回路230の全て又は一部のコントローラ290により発行されるコマンドを介し制御され、これにより位相及び/又はゲインを調整する。
In one embodiment, the
いくつかの実施形態において、いくつかのチャネルの初期電気信号ie3又は電圧信号viの振幅及び/又は位相は固定であり、チャネルの他の部分の初期電気信号ie3又は電圧信号viの振幅又は位相のみが調整される。 In some embodiments, the amplitude and / or phase of the initial electrical signal ie3 or voltage signal vi of some channels is fixed and only the amplitude or phase of the initial electrical signal ie3 or voltage signal vi of other parts of the channel. Is adjusted.
加えて、異なるチャネルの同一の構成要素がやはり位相差を引き起こし得る。このため、位相校正を要する。もう1つの実施形態において、コントローラ290は、初期位相を設定し、これに応じて校正に関するもう1つの調整コマンドC2を形成してよい。各調整回路230は、初期位相を一致させるため、調整コマンドC2に基づきこの初期位相へ校正してよい。従って、後続の各チャネルの位相調整は、位相が特定のビームパターンへ正確に調整されることを可能とする。
In addition, the same components of different channels can also cause phase differences. Therefore, phase calibration is required. In another embodiment, the
いくつかの実施形態において、コントローラ290は、調整回路230と接続し制御するため、(シリアル・ペリフェラル・インターフェイス(SPI)、ユニバーサル・シンクロナス・エイシンクロナス・レシーバー・トランスミッター(UART)、又はI2C等といった)内部伝送インターフェイスを提供してよい。加えて、(パーソナルコンピュータ、ノートブックコンピュータ、又はスマートフォン等といった)外部演算装置が(Ethern、又はUSB等といった)外部伝送インターフェイスを介しコントローラ290を接続してコントローラ290を制御してよい。演算装置は、操作者による設定を容易にするためウィンドウインターフェイスを提供し、コマンド又はビームフィールドに関する設定のデータを改変、読み出し、又は格納してよい。システムが再起動する毎に不揮発性メモリに格納された校正データがコントローラ290によりメモリ内に読み出され、コントローラ290は、校正機能を達成するため、内部伝送インターフェイスを介し調整回路230のレジスタにデータを書き込む。加えて、演算装置は、ソフトウェア開発及び校正自動化機能を提供するため、機能ライブラリを動的にロードしてよい。
In some embodiments, the
アナログビームフォーミングアーキテクチャ中の調整回路230は、位相整合を更に校正するため、光学エンドリンクにおいて生成された位相差を調整することに注意されたい。位相校正の後、アナログビームフォーミングアーキテクチャを介しフロントエンドビームフォーミングが達成可能となる。バックエンド光ビームフォーミングアーキテクチャは微調整を実現でき、これにより全体的なビームフォーミングがより効率的に実現され、より幅広く調整されることを可能とする。
Note that the
1つの実施例形態において、各増幅器250は、増幅電気信号am3を出力するため、調整電気信号aj3を増幅してよい。換言すれば、増幅電気信号am3の振幅は、調整電気信号aj3の振幅を超えてよい。
In one embodiment, each
次に、アンテナアレイ270が、調整電気信号aj3に基づき電磁波を放射してよい(ステップS650)。複数のチャネルに異なる位相及び/又は振幅を割り当てる調整電気信号aj3は、アンテナアレイ270がフェーズドアレイを形成することを可能とし、これにより特定方向における電磁波の強度を強化し、他方向における電磁波の強度を抑制することに注意されたい。従って、アンテナアレイ270のファーフィールドパターンは形成すべき予期のビームパターンと等しくなることができる。
Next, the
いくつかの実施形態において、増幅器250が提供される場合、アンテナアレイ270は増幅電気信号am3に基づき電磁波を放射してよい。
In some embodiments, if the
送信端に加え、受信端にも類似の発明概念を適用することができる。 Similar invention concepts can be applied to the receiving end in addition to the transmitting end.
図7は、本発明の1つの実施例形態による光電ハイブリッドビームフォーミング受信機700の構成要素のブロック図である。図7を参照し、受信機700は、アンテナアレイ710と、調整回路751及び753と、電気-光変換器771及び773と、コントローラ790とを含む(が、これに限定されない)。いくつかの実施形態において、受信機700は、増幅器731及び733を更に含んでよい。アンテナアレイ710、増幅器731及び733、調整回路751及び753、及びコントローラ790の実装形式は、送信機100及び200の、アンテナアレイ170及び270、増幅器151、153、及び250、調整回路131、133、及び230、及びコントローラ190及び290の説明に見られ、ここでは繰り返さない。
FIG. 7 is a block diagram of the components of the photoelectric
受信機700と送信機100との間の主要な差異は、増幅器731及び733と増幅器151及び153とがそれぞれ逆方向である点と、調整回路751及び753と調整回路131及び133とがそれぞれ逆方向である点である。加えて、受信機700において、光電変換器111及び113は、電気-光変換器771及び773に置き換えられる。
The main difference between the
具体的には、アンテナアレイ720は、2つのアンテナ711及び713を含む。2つのアンテナ711及び713は、電磁波を放射し、2つの受信電気信号re1及びre2を受け取る。
Specifically, the antenna array 720 includes two
増幅器731及び733は、アンテナアレイ710の2つのアンテナ711及び713とそれぞれ連接され、増幅電気信号am4及びam5を出力するため、受信電気信号re1及びre2を増幅するよう構成される。
The
調整回路751及び753は、アンテナ711及び713又は増幅器731及び733とそれぞれ連接され、調整電気信号aj4及びaj5を出力するため、アンテナアレイ710により形成される予期のビームパターン(即ち、特定のビームパターン)に基づき、増幅電気信号am4及びam5を遅延させる、又は、受信電気信号re1及びre2を受け取るようそれぞれ構成される。
The tuning
いくつかの実施形態において、調整回路751及び753は、ビームパターンに基づき、増幅電気信号am4及びam5又は受信電気信号re1及びre2の振幅を更に調整する。
In some embodiments, the
電気-光変換器771及び773は、調整回路751及び753に連接される。電気-光変換器771及び773は、レーザダイオード(LD)、レーザ発生装置、又は他の電気エネルギーを光エネルギーに変換する発生装置であってよい。1つの実施例形態において、電気-光変換器771及び773は、調整電気信号aj4及びaj5を光信号о4及びо5に変換するよう構成される。
The electric-
加えて、1つの実施例形態において、コントローラ790は調整回路751及び753に連接され、アンテナアレイ710に対応するビームパターンを設定し、それに応じて調整コマンドC3を形成するよう構成される。調整回路751及び753は、調整コマンドC3に基づき、調整電気信号aj4及びaj5を生成してよい。
In addition, in one embodiment, the
もう1つの実施形態において、位相校正に関し、コントローラ790は、初期位相を設定し、それに応じて位相校正に関するもう1つの調整コマンドC3を形成するよう構成されてよい。調整回路751及び753は、初期位相を一致させるため、この位相に関する調整コマンドC3に基づき初期位相を校正してよい。
In another embodiment, for phase calibration, the
加えて、本発明の実施形態は、より多くのチャネルを有するアーキテクチャに更に適用されてよい。 In addition, embodiments of the invention may be further applied to architectures with more channels.
図8は、本発明のもう1つの実施形態による光電ハイブリッドビームフォーミング受信機800の概略図である。図8を参照し、受信機800は、複数のアンテナアレイ810と、複数の増幅器830と、複数の調整回路850と、複数の電気-光変換器870とを含む(が、これに限定されない)。各チャネルは、直列に接続されたアンテナアレイ810中のアンテナ、増幅器830、調整回路850、及び電気-光変換器870に対応する。
FIG. 8 is a schematic diagram of a photoelectric
アンテナアレイ810、増幅器830、調整回路850、及び電気-光変換器870の実装形式は、図7におけるアンテナアレイ710、増幅器731及び733、調整回路751及び753、及び電気-光変換器771及び773の説明にそれぞれ見られ、ここでは繰り返さない。
The mounting format of the
受信機800のチャネル数は、16グループ、32グループ、又は64グループといった、10グループを超えてよいことに注意されたい。ただし、本発明の実施形態はチャネル数を限定しない。いくつかの実施形態において、アンテナアレイ810中のより多くのアンテナがビームフォーミングを容易にし得る。
Note that the number of channels in the
同様に、本発明の実施形態の受信機800は、光電ハイブリッド(RoFとしても知られる)ビームフォーミングアーキテクチャを提供する。電気-光変換器870は、光学領域における光ビームフォーミングアーキテクチャを形成する。増幅器830と、調整回路850と、電気-光変換器870とが、無線周波数領域におけるアナログビームフォーミングアーキテクチャを形成する。
Similarly, the
受信機700及び800の動作プロセスを以下に説明する。明確な説明のため、受信機800を主体とする。受信機700内の同一又は対応する構成要素の説明は、受信機800の説明中に見られ、ここでは繰り返さない。
The operation process of the
図9は、本発明の1つの実施例形態による光電ハイブリッドビームフォーミング信号処理方法のフロー図である。図9を参照し、アンテナアレイ810の各アンテナが、対応する受信電気信号re3をそれぞれ受信する(ステップS910)。
FIG. 9 is a flow chart of a photoelectric hybrid beamforming signal processing method according to an embodiment of the present invention. With reference to FIG. 9, each antenna of the
1つの実施例形態において、各増幅器830は、対応する増幅電気信号am6を出力するため、受信電気信号re3を増幅する。
In one embodiment, each
各調整回路850は、対応する調整電気信号aj6を出力するため、対応すべきアンテナアレイ810により形成される予期のビームパターンに基づき、対応する受信電気信号re3をそれぞれ遅延させる(ステップS930)。アンテナアレイ810の各アンテナは、無線信号の波面の到着時間における差異を校正するため、異なる位相遅延を割り当てられる。従って、対応する受信ビームパターンは、無線信号の波面の到来方向(DoA)に基づき提供されることができる。
Since each
いくつかの実施形態において、増幅器830が提供される場合、調整回路850は、増幅電気信号am6をそれぞれ遅延させてよい。
In some embodiments, if the
各電気-光変換器870は、対応する調整電気信号aj6を対応する光信号о6に変換する(ステップS950)。
Each electrical-
加えて、コントローラ890は、各アンテナアレイ810に対応するビームパターン又は初期位相を設定し、それに応じて調整コマンドC4を形成してよい。従って、各調整回路850は、調整コマンドC4に基づき、調整電気信号aj6を生成する、又は、初期位相を校正することができる。
In addition, the
ステップの詳細は図2~4と図7の説明にそれぞれ見られ、ここでは繰り返さないことに注意されたい。同様に、指定されたビームフォーミングは、各チャネルの調整回路850の位相校正の実行、次いで調整回路850により出力された調整電気信号aj6の位相及び/又は振幅を指定されたビームフォーミングに対応する位相及び/又は振幅への調整により達成されることができる。
Note that the details of the steps can be found in the descriptions of FIGS. 2-4 and 7, respectively, and are not repeated here. Similarly, the specified beamforming performs phase calibration of the
まとめると、本発明の実施形態による光電ハイブリッドビームフォーミング送信機、受信機、及び信号処理方法において、光電ハイブリッドビームフォーミングアーキテクチャは、送信機と受信機を介し実現される。各電気信号の位相は調整され、各チャネルの各信号の位相はアンテナアレイのビームパターンの要件を満たすよう設計される。加えて、指定された位相差が複数チャネルで正確に形成され、ビームフォーミングが達成される。従来のアーキテクチャとは異なり、本発明の実施形態の光電ハイブリッドビームフォーミングアーキテクチャにおいて波長分割マルチプレクサ(WDM)と可変遅延線(VDL)を設ける必要はなく、これにより構成要素が削減される。加えて、本発明の光電ハイブリッドビームフォーミングアーキテクチャは指定された位相へ容易に調整することができ、これにより位相校正が完成される。 In summary, in the photoelectric hybrid beamforming transmitter, receiver, and signal processing method according to the embodiment of the present invention, the photoelectric hybrid beamforming architecture is realized via the transmitter and the receiver. The phase of each electrical signal is tuned and the phase of each signal in each channel is designed to meet the beam pattern requirements of the antenna array. In addition, the specified phase difference is accurately formed in multiple channels and beamforming is achieved. Unlike conventional architectures, it is not necessary to provide a wavelength division multiplexing (WDM) and variable delay line (VDL) in the photoelectric hybrid beamforming architecture of the embodiment of the present invention, which reduces the number of components. In addition, the photoelectric hybrid beamforming architecture of the present invention can be easily adjusted to the specified phase, which completes the phase calibration.
本発明を実施形態で開示したが、実施形態は本発明を限定することを意図していない。当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更及び改変を行うことができる。 本発明の保護範囲は、添付の請求項の範囲により決定される。 Although the present invention has been disclosed in embodiments, the embodiments are not intended to limit the invention. Those skilled in the art can make changes and modifications without departing from the spirit and scope of the invention. The scope of protection of the present invention is determined by the scope of the appended claims.
本光電ハイブリッドビームフォーミング送信機、受信機、及び信号処理方法は、電気信号の位相を調整するため応用できる。 The photoelectric hybrid beamforming transmitter, receiver, and signal processing method can be applied to adjust the phase of an electric signal.
10:光電ハイブリッドビームフォーミングアーキテクチャ
11:波長分割マルチプレクサ
12:カプラ
13:可変遅延線
14:光アンテナアレイ
λ1、λ2、λ3、λ4:波長
100:200:送信機
111、113、210:光電変換器
131、133、230、751、753、850:調整回路
150、151、153、250、731、733、850:増幅器
170、270、710、810:アンテナアレイ
171、173、711、713:アンテナ
190、290、790、890:コントローラ
205:光発生装置
220:トランスインピーダンス増幅器
700、800:受信機
771、773、870:電気-光変換器
о1、о2、о3、о4、о5、о6:光信号
ie1、ie2、ie3:初期電気信号
aj1、aj2、aj3、aj4、aj5、aj6:調整電気信号
am1、am2、am3、am4、am5、am6:増幅電気信号
C1、C2、C3、C4:調整コマンド
TLS:可変光源
MUX:マルチプレクサ
IM:モジュラ
LO:局部発振器
EDFA:エルビウム添加光ファイバ増幅器
DEMUX:デマルチプレクサ
CS:基準信号
M1、M2、M3:モジュール
L1、L2、L3、L4、L5:光信号
vi:電圧信号
re1、re2、re3:受信電気信号
10: Photoelectric hybrid beam forming architecture 11: Waveshift multiplexer 12: Coupler 13: Variable delay line 14: Optical antenna array λ1, λ2, λ3, λ4: Wavelength 100: 200: Transmitter 111, 113, 210: Photoelectric converter 131 , 133, 230, 751, 753, 850: Adjustment circuit 150, 151, 153, 250, 731, 733, 850: Amplifier 170, 270, 710, 810: Antenna array 171, 173, 711, 713: Antenna 190, 290 , 790, 890: Controller 205: Optical generator 220: Transimpedance amplifier 700, 800: Receiver 771, 773, 870: Electric-optical converter о1, о2, о3, о4, о5, о6: Optical signal ie1, ie2 , Ie3: Initial electric signal aj1, aj2, aj3, aj4, aj5, aj6: Adjustment electric signal am1, am2, am3, am4, am5, am6: Amplified electric signal C1, C2, C3, C4: Adjustment command TLS: Variable light source MUX: Multiplexer IM: Modular LO: Local oscillator EDFA: Elbium-added optical fiber amplifier DEMUX: Demultiplexer CS: Reference signal M1, M2, M3: Module L1, L2, L3, L4, L5: Optical signal vi: Voltage signal re1, re2, re3: Received electric signal
Claims (15)
第1光信号を第1初期電気信号に変換するよう適合された、第1光電変換器と、
前記第1光電変換器に連接され、第1調整電気信号を出力するため、アンテナアレイにより形成される予期のビームパターンに基づき前記第1初期電気信号を遅延させるよう構成された、第1調整回路と、
第2光信号を第2初期電気信号に変換するよう適合された、第2光電変換器と、
前記第2光電変換器に連接され、第2調整電気信号を出力するため、前記ビームパターンに基づき前記第2初期電気信号を遅延させるよう適合された、第2調整回路と、
前記第1調整回路に連接された、第1アンテナと、
前記第2調整回路に連接された、第2アンテナと
を含む前記アンテナアレイと
を含み、
前記アンテナアレイが前記第1調整電気信号と前記第2調整電気信号とに基づき電磁波を放射する、
光電ハイブリッドビームフォーミング送信機。 It is a photoelectric hybrid beamforming transmitter.
A first photoelectric transducer adapted to convert a first optical signal to a first initial electrical signal,
A first adjustment circuit connected to the first photoelectric converter and configured to delay the first initial electric signal based on an expected beam pattern formed by an antenna array in order to output a first adjustment electric signal. When,
A second photoelectric transducer adapted to convert a second optical signal to a second initial electrical signal,
A second adjustment circuit connected to the second photoelectric converter and adapted to delay the second initial electric signal based on the beam pattern in order to output the second adjustment electric signal.
The first antenna connected to the first adjustment circuit and
Including the antenna array including the second antenna connected to the second adjustment circuit.
The antenna array radiates electromagnetic waves based on the first regulated electrical signal and the second regulated electrical signal.
Photoelectric hybrid beamforming transmitter.
請求項1に記載の光電ハイブリッドビームフォーミング送信機。 The first adjustment circuit further adjusts the amplitude of the first initial electrical signal based on the beam pattern.
The photoelectric hybrid beamforming transmitter according to claim 1.
前記第1アンテナが前記増幅電気信号に基づき放射する、
請求項1に記載の光電ハイブリッドビームフォーミング送信機。 Further including an amplifier, which is connected to the first tuning circuit and the first antenna and adapted to amplify the first tuning electrical signal in order to output an amplified electrical signal.
The first antenna radiates based on the amplified electrical signal.
The photoelectric hybrid beamforming transmitter according to claim 1.
請求項1に記載の光電ハイブリッドビームフォーミング送信機。 The phase of the first adjusted electric signal and the phase of the second adjusted electric signal are different.
The photoelectric hybrid beamforming transmitter according to claim 1.
前記第1調整回路及び前記第2調整回路が、前記調整コマンドに基づき、前記第1調整電気信号及び前記第2調整電気信号をそれぞれ生成する、
請求項1に記載の光電ハイブリッドビームフォーミング送信機。 Further including a controller coupled to the first tuning circuit and the second tuning circuit and adapted to set the expected beam pattern formed by the antenna array and form a tuning command accordingly.
The first adjustment circuit and the second adjustment circuit generate the first adjustment electric signal and the second adjustment electric signal, respectively, based on the adjustment command.
The photoelectric hybrid beamforming transmitter according to claim 1.
前記第1調整回路及び前記第2調整回路が、前記第2調整コマンドに基づき、前記初期位相に校正される、
請求項1に記載の光電ハイブリッドビームフォーミング送信機。 Further included is a controller coupled to the first adjustment circuit and the second adjustment circuit, adapted to set the initial phase and form a second adjustment command accordingly.
The first adjustment circuit and the second adjustment circuit are calibrated to the initial phase based on the second adjustment command.
The photoelectric hybrid beamforming transmitter according to claim 1.
前記第1光電変換器と、前記TIAと、前記第1調整回路と、前記増幅器とが共にパッケージ化された、
請求項3に記載の光電ハイブリッドビームフォーミング送信機。 Further comprising a transimpedance amplifier (TIA) coupled between the first photoelectric transducer and the first adjusting circuit.
The first photoelectric transducer, the TIA, the first adjustment circuit, and the amplifier are all packaged together.
The photoelectric hybrid beamforming transmitter according to claim 3.
第1受信電気信号を受信するよう適合された、第1アンテナと、
第2受信電気信号を受信するよう適合された、第2アンテナと
を含む、アンテナアレイと、
前記第1アンテナに連接され、第1調整電気信号を出力するため、前記アンテナアレイにより形成される予期のビームパターンに基づき前記第1受信電気信号を遅延させるよう適合された、第1調整回路と、
前記第1調整回路に連接され、前記第1調整電気信号を第1光信号に変換するよう適合された、第1電気-光変換器と、
前記第2アンテナに連接され、第2調整電気信号を出力するため、前記ビームパターンに基づき前記第2受信電気信号を遅延させるよう適合された、第2調整回路と、
前記第2調整回路に連接され、前記第2調整電気信号を第2光信号に変換するよう適合された、第2電気-光変換器と
を含む、
光電ハイブリッドビームフォーミング受信機。 It is a photoelectric hybrid beamforming receiver.
The first antenna, adapted to receive the first received electrical signal,
An antenna array, including a second antenna, adapted to receive a second received electrical signal.
With a first tuning circuit adapted to delay the first received electrical signal based on the expected beam pattern formed by the antenna array to connect to the first antenna and output the first tuning electrical signal. ,
A first electrical-optical converter connected to the first adjustment circuit and adapted to convert the first adjustment electrical signal into a first optical signal.
A second adjustment circuit connected to the second antenna and adapted to delay the second received electric signal based on the beam pattern in order to output the second adjustment electric signal.
Including a second electrical-optical converter connected to and adapted to convert the second regulated electrical signal to the second optical signal.
Photoelectric hybrid beamforming receiver.
請求項8に記載の光電ハイブリッドビームフォーミング受信機。 The first adjusting circuit further adjusts the amplitude of the first received electric signal based on the beam pattern.
The photoelectric hybrid beamforming receiver according to claim 8.
前記第1調整回路が前記増幅電気信号を遅延させる、
請求項8に記載の光電ハイブリッドビームフォーミング受信機。 Further including an amplifier, which is connected to the first antenna and the first adjustment circuit and adapted to amplify the first received electrical signal in order to output an amplified electrical signal.
The first adjustment circuit delays the amplified electrical signal.
The photoelectric hybrid beamforming receiver according to claim 8.
請求項8に記載の光電ハイブリッドビームフォーミング受信機。 The phase of the first adjusted electric signal and the phase of the second adjusted electric signal are different.
The photoelectric hybrid beamforming receiver according to claim 8.
前記第1調整回路及び前記第2調整回路が、前記調整コマンドに基づき、前記第1調整電気信号及び前記第2調整電気信号をそれぞれ生成する、
請求項8に記載の光電ハイブリッドビームフォーミング受信機。 Further including a controller coupled to the first tuning circuit and the second tuning circuit and adapted to set the expected beam pattern formed by the antenna array and form a tuning command accordingly.
The first adjustment circuit and the second adjustment circuit generate the first adjustment electric signal and the second adjustment electric signal, respectively, based on the adjustment command.
The photoelectric hybrid beamforming receiver according to claim 8.
前記第1調整回路及び前記第2調整回路が、前記第2調整コマンドに基づき、前記初期位相に校正される、
請求項9に記載の光電ハイブリッドビームフォーミング受信機。 Further included is a controller coupled to the first adjustment circuit and the second adjustment circuit, adapted to set the initial phase and form a second adjustment command accordingly.
The first adjustment circuit and the second adjustment circuit are calibrated to the initial phase based on the second adjustment command.
The photoelectric hybrid beamforming receiver according to claim 9.
第1光信号及び第2光信号を、第1初期電気信号及び第2初期電気信号にそれぞれ変換することと、
第1調整電気信号及び第2調整電気信号を出力するため、アンテナアレイにより形成される予期のビームパターンに基づき前記第1初期電気信号及び前記第2初期電気信号をそれぞれ遅延させることと、
前記第1調整電気信号及び前記第2調整電気信号に基づき、前記アンテナアレイを介し電磁波を放射することと
を含み、
前記アンテナアレイが、前記第1調整電気信号及び前記第2調整電気信号にそれぞれ対応する2つのアンテナを含む、
光電ハイブリッドビームフォーミング信号処理方法。 A photoelectric hybrid beamforming signal processing method suitable for a transmitter.
Converting the first optical signal and the second optical signal into the first initial electric signal and the second initial electric signal, respectively.
In order to output the first adjusted electric signal and the second adjusted electric signal, the first initial electric signal and the second initial electric signal are delayed based on the expected beam pattern formed by the antenna array, respectively.
Includes radiating electromagnetic waves through the antenna array based on the first regulated electrical signal and the second regulated electrical signal.
The antenna array comprises two antennas corresponding to the first regulated electrical signal and the second regulated electrical signal, respectively.
Photoelectric hybrid beamforming signal processing method.
アンテナアレイの2つのアンテナを介し、第1受信電気信号及び第2受信電気信号をそれぞれ受信することと、
第1調整電気信号及び第2調整電気信号を出力するため、前記アンテナアレイにより形成される予期のビームパターンに基づき前記第1受信電気信号及び前記第2受信電気信号をそれぞれ遅延させることと、
前記第1調整電気信号及び前記第2調整電気信号を、第1光信号及び第2光信号にそれぞれ変換することと
を含む、
光電ハイブリッドビームフォーミング信号処理方法。
A photoelectric hybrid beamforming signal processing method suitable for receivers.
Receiving the first received electrical signal and the second received electrical signal via the two antennas of the antenna array, respectively.
In order to output the first adjusted electric signal and the second adjusted electric signal, the first received electric signal and the second received electric signal are delayed based on the expected beam pattern formed by the antenna array, respectively.
It includes converting the first adjusted electric signal and the second adjusted electric signal into a first optical signal and a second optical signal, respectively.
Photoelectric hybrid beamforming signal processing method.
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